Q6儿童假人腹部腰椎有限元模型的建立及验证

摘要

汽车碰撞儿童假人是用于研究碰撞过程中儿童损伤机理及评估汽车对儿童保护能力的重要工具。2013年欧洲经济委员会(ECE)开始对儿童安全法规进行修改，Q系列儿童假人在新的法规中被提出用以替换以往使用的P系列儿童假人。然而目前并没有公开的Q6儿童假人有限元模型可用于汽车碰撞有限元仿真，因此现阶段研究Q6儿童假人各重要部件的有限元建模方法有着重要意义。
　　本文首先介绍了现有儿童假人的类型、开发儿童假人的常用方法以及Q6儿童假人的结构特点和主要参数。针对Q6儿童假人的不同部位采用直接建模法和基于逆向工程的三维激光扫描法以及CT扫描法，建立了精确的Q6儿童假人几何模型，并利用新型排水法和方程法对Q6儿童假人关键部位的材料密度进行反求。
　　在建立的Q6儿童假人几何模型的基础上，对其腹部和腰椎进行了细致的网格划分，并参照现有儿童假人有限元模型选取合理的材料模型和材料参数初值。为了获得准确的腹部材料参数，本文采用结合有限元仿真和设计试验通过优化手段反求材料参数的方法。对假人腹部进行压缩试验获得优化目标曲线，同时建立模拟腹部压缩试验的有限元仿真模型，通过LS-OPT软件对各材料参数的灵敏度分析确定优化变量，采用基于纵坐标的曲线匹配法和混合遗传算法最终得到反求后的材料参数值。最后建立了模拟Q6儿童假人腹部标定试验的仿真模型，仿真结果表明该有限元模型满足标定要求，验证了所建立Q6儿童假人腹部有限元模型的有效性。
　　对于Q6儿童假人腰椎有限元模型，建立了模拟腰椎正向标定试验的仿真模型，对比已知试验曲线，初步验证了腰椎所选取材料模型和材料参数初值的可靠性。通过同样的材料参数反求方法，对腰椎关键材料参数进行优化，最终优化后的腰椎有限元模型完全满足标定要求，从而验证所建立Q6儿童假人腰椎有限元模型的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 儿童腹部及腰椎损伤机理

1．2．1 儿童腹部损伤

1．2．2 儿童腰椎损伤

1．3 碰撞假人介绍

1．3．1 碰撞假人

1．3．2 常用儿童碰撞假人介绍

1．3．3 碰撞假人有限元模型

1．4 儿童假人研究方法

1．4．1 志愿者试验

1．4．2 尸体试验

1．4．3 动物试验

1．4．4 缩放成人数据

1．4．5 事故重建

1．5 本课题研究的主要内容

第2章 Q6儿童假人几何模型的建立

2．1 Q6儿童假人介绍

2．1．1 Q系列儿童假人发展历史

2．1．2 Q6儿童假人结构特点

2．1．3 Q6儿童假人主要参数

2．2 Q6儿童假人几何模型的建立

2．2．1 直接建模法

2．2．2 三维激光扫描法

2．2．3 CT扫描法

2．3 Q6假人整体几何模型的建立

2．4 Q6儿童假人材料密度反求

2．4．1 新型排水法

2．4．2 方程法

2．5 本章小结

第3章 Q6儿童假人腹部有限元模型的建立及验证

3．1 Q6儿童假人腹部有限元模型

3．2 Q6儿童假人腹部有限元模型的建立

3．2．1 腹部几何模型

3．2．2 腹部有限元网格划分

3．2．3 腹部有限元模型材料模型和初值的选取

3．3 Q6儿童假人腹部有限元模型材料参数反求

3．3．1 材料参数反求思路

3．3．2 Q6儿童假人腹部试验

3．3．3 仿真模型及设计变量

3．3．4 优化方法

3．3．5 优化过程

3．3．6 材料参数反求结果

3．4 Q6儿童假人腹部有限元模型验证

3．4．1 Q6儿童假人腹部标定试验

3．4．2 腹部有限元模型验证仿真

3．5 本章小结

第4章 Q6儿童假人腰椎有限元模型的建立及验证

4．1 Q6儿童假人腰椎有限元模型

4．2 Q6儿童假人腰椎有限元模型的建立

4．2．1 腰椎几何模型

4．2．2 腰椎有限元网格划分

4．2．3 腰椎有限元模型材料模型和初值的选取

4．3 Q6儿童假人腰椎有限元模型初步验证

4．3．1 腰椎标定实验

4．3．2 腰椎标定试验仿真模型

4．3．3 对比验证分析

4．4 Q6儿童假人腰椎有限元模型材料参数优化

4．4．1 优化设计变量的选定

4．4．2 优化过程

4．4．3 优化结果

4．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢